Wolframcarbid

Kristallstruktur
Allgemeines
Name	Wolframcarbid
Andere Namen	Wolframmonocarbid Widia
Verhältnisformel	WC
CAS-Nummer	12070-12-1
Kurzbeschreibung	graue, metallisch glänzende, sehr harte Kristalle[1]
Eigenschaften
Molare Masse	195,86 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	15,63 g·cm−3 (15 °C)[2]
Schmelzpunkt	2870 °C[2]
Siedepunkt	6000 °C[2]
Löslichkeit	unlöslich in Wasser[2]
Sicherheitshinweise
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [2] keine Gefahrensymbole R- und S-Sätze R: keine R-Sätze S: keine S-Sätze
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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Wolframcarbid ist eine nichtoxidische Keramik bzw. eine intermediäre Kristallphase. Diese wird aus den chemischen Elementen Wolfram und Kohlenstoff gebildet. Es handelt sich um Einlagerungsmischkristalle. Dabei lagern sich durch Aufkohlen Kohlenstoffatome zwischen die Gitterplätze des Wolframs ein. Die Reaktion verläuft über W₂C zu WC. Wolframcarbid entsteht auch durch Reduktion von Wolframoxiden mit Kohlenstoff. Aus diesem Grund wird zur Herstellung von Wolfram Wasserstoff als Reduktionsmittel angewandt. Wolframcarbid ist sehr hart und wird daher als Material für Werkzeuge eingesetzt.

Die Kurzbezeichnung nach ISO 513 für Wolframcarbid lautet „HW“.

Geschichte

Wolframcarbid wurde erstmals 1914 hergestellt. Es zeichnet sich durch besondere Härte aus, die beinahe so hoch ist wie die von Diamant. Daher stammt der Markenname Widia (Wie Diamant) für Hartmetallwerkzeug der Fa. Krupp. 1929 wurde Pobedit in der UdSSR von der gleichnamigen Firma entwickelt.

Bearbeitung

Für den Einsatz als WC-Hartmetall werden ca. 6 Massenprozent Cobalt als Bindephase zugesetzt. Die Korngröße von WC-Hartmetallen mit 6 bis 10 % Cobalt als Bindemittel beträgt ungefähr 0,5 bis 1,2 Mikrometer. Die Verarbeitung von WC-Hartmetall erfolgt durch Mischen, Mahlen, Grünsintern, Brennen oder Heißisostatisches Pressen (HIPen) bei 1600 bar und 1600 °C. In Spezialfällen werden Kugeln aus Hartmetall mittels Laser durchbohrt (Bohrungsdurchmesser kleiner als 0,25 mm). Das Bearbeiten von WC-Hartmetallen ist durch Schleifen sowie mittels Draht- bzw. Funkenerosion möglich.

Eckdaten:

• Biegebruchfestigkeit > 3500 N/mm²
• Druckfestigkeit bis 6 · 10⁹ Pa
• Dichte ca. 16 g·cm⁻³
• Mohs-Härte = 9,5

Anwendungen

WC-Hartmetall wird für Werkzeugschneiden (Wendeschneidplatten) und als Werkstoff für hochbelastete Bauteile wie Druckstöcke oder Umformwerkzeuge benutzt.

Ein Ring aus Wolframcarbid

Kleine Bohrer und Fräser aus massivem Wolframcarbid, links oben Stäbe aus W und C

Im Uhrenbau wurde Wolframcarbid für die Marke RADO DiaStar eingesetzt. Aufgrund der Härte des Materials und dem damit verbundenen Arbeitsaufwand wurde die Produktion jedoch wieder eingestellt.

Darüber hinaus kann es als Neutronenreflektor in Kernwaffen eingesetzt werden, um die kritische Masse herabzusetzen. Des Weiteren fand das Material im Zweiten Weltkrieg sowohl auf Seiten der Alliierten als auch der Achsenmächte Verwendung als Kernmaterial in panzerbrechenden Geschossen (APFSDS), wo es gehärteten Stahl verdrängte. Ab den 1960er Jahren wurde für diesen Zweck zunehmend abgereichertes Uran eingesetzt (z.B. USA). Jedoch ist die Verwendung von Uran umstritten (Reststrahlung, Schädigung von Umwelt und Anwendern). Daher ist das Wolframcarbid nach wie vor als Material für Penetratoren von Unterkaliber-Wuchtgeschossen weit verbreitet.

Seit einigen Jahren wird Wolframcarbid auch zu Schmuck verarbeitet. Dabei wird dieser mit dem falschen Namen Wolframschmuck bezeichnet.

Kugelschreiber sind eine weitere, weitverbreitete Anwendung. Die Kugeln werden für gewöhnlich aus Wolframcarbid gefertigt, um einen möglichst geringen Verschleiß garantieren zu können. ^[3]

Gesundheitliche Risiken

Der Umgang mit Hartmetall erfordert besondere Arbeitsschutzmaßnahmen, denn lungengängige Wolframcarbid-Cobalt-Stäube können Lungenfibrose verursachen.

Quellen

1. ↑ Thieme Chemistry (Hrsg.): RÖMPP Online - Version 3.5. Georg Thieme Verlag KG, Stuttgart 2009.
2. ↑ ^{a b c d e} Eintrag zu Wolframcarbid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 11.11.2007 (JavaScript erforderlich)
3. ↑ Patent-de.com